西班牙恩西索碾压混凝土坝建设

［西班牙］M.阿兰德等

正在建设的恩西索(Enciso)水利枢纽，是治理锡达科斯(Cidacos)河的关键工程，坝址距西班牙拉里奥哈省恩西索镇上游700 m。该坝为碾压混凝土直线重力坝，为西班牙农业、食品与环境部所有。

大坝建成后，将产生一个库容为4 650万m3的水库，受淹没影响的区域涉及恩西索、亚瓜斯、卡斯蒂利亚和莱昂等城镇。坝址处年径流量为5 800万m3，该坝可调节的径流量约为4 600万m3。该工程的主要功能可以概括为:调蓄洪水;灌溉(有效灌溉面积为5.4万m2);给流域内的城镇供水;为将来可能安装水电机组发电做好准备，维持生态流量。

目前，该坝正处于施工中，已完成的工作包括围堰、主坝的所有开挖、部分地基处理以及河道洪水通过一个坝块的重新演算。

1 工程概述

恩西索大坝为直线型的重力坝，不论是陡槽溢流道还是非溢流坝段，其上游面均为陡斜面，下游面为阶梯状(理论坡比为0.8H∶1V)，阶梯高1.2 m，宽0.96 m。最 大 坝 高 103.12 m，坝 底 最 宽 处 为81.2 m，坝顶长375.6 m，高程878.5 m，坝顶宽为 8 m(图1)。

坝体主体部分为碾压混凝土，但上下游坝面及与地基接触部分为常规混凝土，且大坝顶部断面的上部(高程878.5 ～878.1 m)及溢流坝堰顶上部(873 ～867.3 m)，分别采用了 HM －17.5常规混凝土和HA－25的常规混凝土建造。

图1 恩西索大坝断面

大坝工程总方量为717 593 m3，其中的614 356 m3为碾压混凝土，另外76 237 m3为传统的振捣混凝土。

大坝设置了横跨缝(crossover joints)，一种是切割而成的(10条)，另一种是由模板形成的(6条)。大坝被6条模板分为7个主要坝块，切割缝之间还有10个子坝块。除了B－16和B－17子块长度分别为17.93 m和7.86 m外，其余子块长度均为20 m，3个这样的子块构成一个长60 m的坝段(零号坝段长度仅为50 m)。对于每条缝，在相邻的混凝块土中铺设500 mm宽的跨缝PVC止水带。

考虑到工程人员下到底孔和进水阀门室监测和收集渗流水，以及安放监测仪器和读取终端的需要，设计者在大坝不同高程处设计了工作廊道。除此之外，还设置了一条位于坝体内的周边廊道、2条高程不同的水平廊道、1条可到达底孔和进水口的交通廊道，以及几条位于坝肩内的平洞(长25 m，开挖于岩体中，位于坝体中水平廊道的两侧)。

在坝体内部设置了排水沟，来自1号廊道与2号廊道的渗漏水被排至排水沟，来自周边廊道的渗透水也被收集并排出坝外。

根据水库内水位变化情况，在不同高程处(高程801 m，843.29 m)分别设置两个进水口，其位置均在右岸离溢洪道轴线35 m处。进水口直径为1 000 mm，其出口位于坝体外部一个箱体中，出口管端设有封板。这些进水口在将来可用来为水电厂服务，因为进水口有各自的出口，它们可以充分利用锡达科斯河的流量和恩西索坝形成的水头引水发电。根据针对该工程的经济分析结果得出，该种处理办法将增加工程的年纯收入，基于对偿还期限和利率的假设，最优的装机方案为总装机2 601 kW，平均发电量为7.54 GW·h/a。

为了对泄流底孔和溢洪道的运行性能进行优化，改善底孔泄洪对消力池的影响，在工程施工期间进行了水力学模型试验。

2 缩尺模型试验

试验在FLUMEN研究所(加泰罗尼亚综合大学的国际工程数值计算中心)进行，模型比尺为1∶35，模型试验主要为了解决3个问题，下文对此进行了介绍。

2.1 溢洪道槛与阶梯的水力衔接

坝体内的溢洪道有一个固定进口前缘，进口底槛高程为873 m，1 000 a一遇洪水底槛上的水位超高为3.6 m，由此水位超高值确定最大水位为876.6 m，在这种重现期的洪水条件下，溢洪道的最大泄量为589.54 m3/s。溢洪道的最大泄流能力已经过10 000 a一遇洪水(可能最大洪水)检验，可保证大坝不会漫顶。

进口前缘的外形为阶梯形，整个溢洪道长43 m，溢洪道有3个孔口(每孔宽13.3 m)，两个闸墩(每个闸墩宽1.5 m)。在溢洪道顶部为栈桥，栈桥由15根 PL－55型预制梁组成(边孔处栈桥宽14.33 m，中间孔处桥宽14.83 m，另有宽0.55 m的边缘)。在设计溢洪道边墙时，将墙高设为4.15 m，经模型试验检验，可将墙高降低1 m。

尽管溢洪道底槛和阶梯段起始位置布置的原始设计方案也有优异的水力学特性，但最终采用的渐变方案需要符合CEDEX水文过程线测量推荐的标准。

2.2 溢洪道缓冲消力池长度

原设计中消力池与溢洪道同宽(43 m)，长度为40 m，护坦高程为779 m。在消力池的末端，设计了一排消力墩和一个反坡(1V/2H)，通过该设计使水流在护坦与下游河床(高程784 m)之间实现平顺过渡。

为了优化消力池设计，考虑了缩短池长并减小其深度(提高护坦高程)的可能性。前期试验表明，通过将护坦提高3 m(至高程782 m)并将消力池长度缩短10 m，修改后的消力池能令人满意地应对设计洪水和极端洪水。在极端洪水情况下，若下泄流量有稍许增加，则会产生非淹没的水跃起点，使它从水跃处远驱到下游。当保持护坦高程在设计的779 m时，针对不同的消力池长度做了一系列试验，结果表明25 m长度的消力池可以确保在设计和极端流量下良好的消能效果。

因此，最终的设计方案为:一个矩形缓冲池，其宽度为43 m并接一个25 m长的坡。在尾水渠与消力池的连接处，设置了一些缓冲块以提高消能效率。

2.3 底孔及其消力池

在对最终设计方案的可行性进行试验的基础上，设计人员确定了底孔的最终体型。以工程初定的体型为起点，设计了一个方案并对其进行了试验，以便使水流重新汇集到下游河流中。在最终采纳的方案中(图2)，设置了两个具有足够宽度的相同底孔，以便在正常情况下控制水库水位，只有在出现故障和极端洪水才需经过溢洪道泄流。同时，这两个底孔也是生态基流和灌溉用水的取水口。底孔进水口高程为794 m。

底孔由以下几部分构成:①进口中的金属拦污栅，尺寸为4.75 m ×4.75 m;②位于进口和安全阀门之间的用钢板制成的矩形管道，管壁厚10 mm，第一断面的尺寸为1.25 m×1.5 m;③每孔安装两个平板闸门，尺寸为1.25 m ×1.5 m，第一扇作为检修闸门，后一扇为控制闸门。

底孔闸门下游的普通衬砌管道有如下特点:①管道起点高程为791.18 m，具有抛物线形，符合水流射流的轨迹;②抛物线形后经一斜坡连接护坦，斜坡高程为788.18～784.45 m;③护坦与上游斜坡之间有一圆弧形曲面，可使水流呈切线射出;④护坦各不同部分之间的坡度十分一致，连接平顺，因此水流特性(特别是施加在护坦上的压力)没有突变。

衬砌管为矩形断面，宽3.5 m，这是由护坦高程794.19 m确定的，这一高程与渠道盖板底面对应。在水位为873 m时，经两个底孔下泄的水流流量为128.03 m3/s。水流离开底孔后，流入一个13 m宽的矩形断面的消力池。

在消力池中从上游到下游布设了一些消能构件(图3):①两对楔形墩，用以消除水流漩涡;②一排消力墩，用于减缓流速并激发大尺度紊动;③一道垂直墙，墙顶高程787.4 m，用于制造足够的水深;④两排消力墩，用于加强消耗最终从垂直墙顶部溢出的水流能量，并于第2排消力墩处设置了护坦，其高程为783(池底护坦)～784 m(河床)。

图3 底孔消力池设计方案

3 碾压混凝土混合料的配比

为设定和确定最合适的大坝碾压混凝土配料，设计者进行了一系列材料与碾压混凝土混合料的试验。关于材料的试验分两个阶段展开:第一阶段以实验室室内试验为主和室外试验为辅，第二阶段，对一块碾压混凝土试块进行了施工和测试研究，该碾压块包含了14层碾压混凝土层，下节将对此进行介绍。

3.1 设置碾压混凝土试块的目的

设置碾压试块的主要目的是:在一系列的室内试验之后，为了更进一步测试所选混合料新鲜状态下的性能，按照类似于将来主坝所使用的碾压混凝土的尺度浇筑试块，培训和监管与坝块内部RCC浇筑有关的各种不同的业务活动，以及两旁混凝土布料的各种技术;在各层面间采用不同的覆盖时间来布置施工缝，并采取多种处理措施;对碾压混凝土试块进行取样，以获取早龄期材料性质以及碾压混凝土混合料干硬状态的性质;对碾压块进行钻芯测试，以现场评估碾压混凝土和不同碾压层间施工缝的质量。

3.2 试验碾压块介绍

碾压试验混凝土块施工时间为2011年5～6月，该试验块组成了围堰左岸坝肩坝段的一部分(1，2，3坝段)。该碾压块由14层、每层厚30 cm的碾压层组成，碾压块尺寸为46.2 m×8 m。用切割缝将长度46.2 m的碾压块分成长度分别为16.2，20，10 m的子块。施工完成后，包括进场坡道在内，碾压块的碾压混凝土总量为1 686 m3。

在混凝土配合比研究中，尝试了两种配合比的混凝土:位于下部1～7层的200/30/C混凝土，以及位于上部8～14层的180/30/C的混凝土。200/30/C的混凝土凝胶材料用量为200 kg/m3，其中水泥用量为60 kg/m3(占30%)，该水泥为波特兰水泥CEM I42.5R，来自纳瓦拉的奥拉萨古蒂亚(Olazagutia)，另有140 kg/m3(占70%)的粉煤灰，该粉煤灰来自安道尔的发电厂。在实验室室内温度下，当用水量为93 kg/m3时，混凝土料的VeBe黏稠度为10 s。而180/30/C的混凝土凝胶材料用量为180 kg/m3，其中水泥用量为54 kg/m3，占30%，粉煤灰用量为126 kg/m3，占70%，水掺量为83 kg/m3。在上述两种配合比中，骨料按粒径区分为3类砾石:5～20，20～40 mm以及40～80 mm，另有0～5 mm粒径的砂。为了尽可能减少配合比设计中的变量数目以简化配合比的计算结果读取，在整个试块上，两种配合比均保持稳定，唯一的差别是外加剂掺量(缓凝剂)，其值在0.7% ～1.3%之间变化。在获取碾压混凝土性能参数中尝试了一些技术:VRCC(振捣碾压混凝土)、HEM(富浆HCR)、HEL(富胶HCR)，以及HV(常规振捣混凝土)。碾压块的14层碾压层，每个碾压层的覆盖时间不一，6～120 h，用以模拟不同类型碾压块，即热缝块、温缝块和冷缝块。

4 结语

这两种混合料制成的混凝土的90 d抗压强度均大于工程的设计值(15 MPa)，其平均值达到了20 MPa。对于碾压的层间缝(图4)来说，若上层混凝土在下层混凝土初凝之前将其覆盖，随后进行碾压，则该缝就是所谓的热缝。通过使用缓凝剂等外加剂，处理施工缝来就更具灵活性，层面未被覆盖时间可延长至15 h，若不采用这种外加剂，热缝未被覆盖的最大间歇时间本应为6 h。

当层间缝超过15 h的暴露时间极限时，为保证层间足够的粘结强度及大坝的防水性能，必须对缝(中间缝或热缝)进行处理。对于初凝时间在15 h和30 h以内(中间缝)的碾压块，应将表面刷毛除去表层浆体，并清洁表面，然后再刷一层水泥浆液。当层面未被上层混凝土覆盖的间歇时间超过30 h，此时属于冷缝，其缝面处理与普通混凝土的缝面处理工艺类似:在铺筑新的混凝土之前，首先清洗表面直到露出骨料，然后再刷一层水泥浆液或铺2 cm厚的水泥砂浆。

图4 碾压层面的处理建议及抗拉强度试验

为获得这些参数，除了结构设计中应全面考虑外，就施工方法而言，最合适的办法是对紧靠模板铺筑的或直接用沉入方式紧贴坡面铺筑的RCC进行振捣(HCRV);在大表面面积施工的情况下，可要求对最终结果进行对比。

总之，值得注意的是，开始在大坝中浇筑碾压混凝土的最适当的混合料为200/30/C型。